KR20170071496A - 핵연료 집합체 - Google Patents

핵연료 집합체 Download PDF

Info

Publication number
KR20170071496A
KR20170071496A KR1020177010223A KR20177010223A KR20170071496A KR 20170071496 A KR20170071496 A KR 20170071496A KR 1020177010223 A KR1020177010223 A KR 1020177010223A KR 20177010223 A KR20177010223 A KR 20177010223A KR 20170071496 A KR20170071496 A KR 20170071496A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
elements
reactor
fuel assembly
assembly
Prior art date
Application number
KR1020177010223A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102452270B9 (ko
KR102452270B1 (ko
Inventor
아론 토템마이어
세르게이 엠. 바시키르체프
알렉세이 지. 모로조프
Original Assignee
라이트브릿지 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 라이트브릿지 코포레이션 filed Critical 라이트브릿지 코포레이션
Priority to KR1020227034397A priority Critical patent/KR20220139449A/ko
Publication of KR20170071496A publication Critical patent/KR20170071496A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102452270B1 publication Critical patent/KR102452270B1/ko
Publication of KR102452270B9 publication Critical patent/KR102452270B9/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/326—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements comprising fuel elements of different composition; comprising, in addition to the fuel elements, other pin-, rod-, or tube-shaped elements, e.g. control rods, grid support rods, fertile rods, poison rods or dummy rods
    • G21C3/328—Relative disposition of the elements in the bundle lattice
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/06—Casings; Jackets
    • G21C3/08—Casings; Jackets provided with external means to promote heat-transfer, e.g. fins, baffles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors
    • Y02E30/38—

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

원자로의 노심에서 사용하기 위한 연료 집합체가 개시된다. 연료 집합체는, 원자로 내부 노심 구조물에 끼워 지도록 형상화되고 구성된 프레임; 및 연료봉 다발 내에서 프레임에 의해 지지되는 나선형으로 뒤틀린 다수의 연료 요소를 포함하여 구성된다. 각각의 연료 요소는 핵분열 물질을 포함한다. 연료 집합체의 축 방향에 대해 수직인 단면에서 볼 때, 연료봉 다발의 가장 외측의 연료 요소는 실질적으로 원형인 둘레를 형성한다. 그 밖의 특징 및 원자로가 또한 개시된다.

Description

핵연료 집합체{NUCLEAR FUEL ASSEMBLY}
교차 참조
본 출원은 2014년 9월 16일자로 출원된 미국 정규 출원 제 62/050,985호이다. 본 출원은 또한 2013년 11월 15일자로 출원되어 동시 계류 중인 출원인의 미국 특허 출원 제 14/081,056호의 일부 계속 출원이며, 미국 특허 출원 제 14/081,056호는 2013년 5월 10일자로 출원된 미국 가출원 제 61/821,918호의 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한 2013년 6월 3일자로 출원되어 동시 계류 중인 출원인의 미국 특허 출원 제 13/695,792호의 일부 계속 출원이며, 미국 특허 출원 제 13/695,792호는 2011년 5월 11일자로 출원된 PCT/US2011/036034의 미국 국내 단계이고, PCT/US2011/036034는 2011년 2월 21일자로 출원된 미국 출원 제 61/444,990호, 2010년 10월 15일자로 출원된 미국 출원 제 61/393,499호, 및 2010년 5월 11일자로 출원된 미국 출원 제 61/333,467호의 우선권을 순차적으로 주장한다. 상기 모든 출원들의 전체 내용은 본원에 참조로서 명시적으로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 원자로 및 원자로의 노심에서 사용되는 핵연료 집합체에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 캐나다형 중수소-우라늄(Canadian Deuterium-Uranium, CANDU) 중수로 및 이 중수로에서 사용하기 위한 연료 집합체에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 연료 집합체(10)의 예에 대한 간략한 단면도를 도시한다. 도 1a는 PWR형태의 연료 집합체(10)를 도시하고, 도 1b는 러시아형 가압수형 원자로(VVER) 형태의 연료 집합체(10)를 도시하고 있다. 도 1a에서, 연료봉 집합체(10)는 정사각형 격자로 조립된 연료봉을 포함한다. 도 1a의 PWR 연료 집합체(10)는 정사각형 단면 형상을 갖는 것으로 설명될 수 있는 연료봉 다발의 자체 간격을 갖는다. 도 1b에서, 연료 집합체(10)는 삼각형 격자로 구성된 연료봉을 포함한다. 도 1b의 VVER 연료 집합체(10)는 정육각형 단면 형상을 갖는 것으로 설명될 수 있는 연료봉 다발의 자체 간격을 갖는다.
이들 집합체가 관(12, tube)에 삽입되면, 도 1a의 관(12)과 정사각형(14) 사이 및 도 1b의 관(12)과 육각형(16) 사이에 위치하는 음영 영역(14)으로 도시된 바와 같이, 연료봉 집합체에 의해 사용되지 않는 빈 부분들이 형성된다. 실시형태에 따르면, 정사각형 그리드 내의 집합체는 외접원(예를 들어, 관(12)) 면적의 대략 63.7%를 차지하는 반면, 삼각형 그리드 내의 집합체는(예를 들어, 관(12)) 면적의 대략 82.7%를 차지한다.
연소시 연료봉 및 집합체의 팽창에 대한 우려를 해소하기 위해 빈 공간을 사용하는 것이 알려져 있다. 또한 이들 영역을 가연성 흡수제 등으로 채우는 것이 알려져 있다.
본원에 설명된 실시형태는 안전 수준을 유지 또는 증가시키면서 CANDU 연료 집합체 및/또는 원자로의 연료 연소력 및/또는 연소도(인출까지의 작동 시간)를 전반적으로 증가시킬 수 있다. 실시형태에 따르면, 이는, 예를 들어, 전체 내용이 본원에 참조로서 명시적으로 포함되는, 출원인의 동시 계류 중인 미국 출원 제 14/081,056호 및 제 13/695,792호에 개시된 압출 우라늄-지르코늄(U-Zr) 연료봉과 같이, 뒤틀리고 자체 이격된 일체식 연료봉으로 제조된 연료 집합체의 사용을 통해 달성될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 원자로의 노심에 사용하기 위한 연료 집합체는 원자로 내부 노심 구조물 내에 끼워 지도록 형상화되고 구성된 프레임; 및 연료봉 다발 내에서 프레임에 의해 지지되는 나선형으로 꼬인 다수의 연료 요소를 포함하고, 각각의 연료 요소는 핵분열 물질을 포함한다. 연료 집합체의 축 방향에 대해 수직인 단면에서 볼 때, 연료봉 다발의 가장 외측의 연료 요소는 실질적으로 원형인 둘레(예를 들어, 12각형)를 형성할 수 있다. 실시형태에 따르면, 프레임은 CANDU 원자로의 압력관(pressure tube) 내에 꼭 맞는 형상으로 구성될 수 있다.
실시형태에 따르면, 다수의 연료 요소 각각은 실질적으로 동일한 외접 직경을 가질 수 있다. 다수의 연료 요소는 동심원으로 배열될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 다수의 연료 요소는 제 1의 직사각형 그리드 패턴 및 제 2의 삼각형 그리드 패턴을 포함하는 혼합된 그리드 패턴으로 배열될 수 있다.
실시형태에 따르면, 제 1의 직사각형 그리드 패턴 및 제 2의 삼각형 그리드 패턴은 적어도 부분적으로 서로 교대할 수 있다. 다수의 연료 요소 중 일부는 공통 중심선간(centerline-to-centerline) 거리만큼 인접한 연료 요소로부터 분리될 수 있고, 다수의 연료 요소 중 일부의 외접 직경은 중심선간 거리와 같을 수 있다.
실시형태에 따르면, 연료 요소 각각은 리브, 예를 들어 나선형 리브를 포함하는 다중 로브 프로파일을 가질 수 있다. 인접한 연료 요소의 리브는 서로에 대해 연료 요소의 간격을 적어도 부분적으로 유지하기 위해 연료 요소의 축 방향 길이에 걸쳐 서로 주기적으로 접촉할 수 있다. 실시형태에 따르면, 연료 요소는 압출된 연료 요소를 포함할 수 있다.
실시형태에 따르면, 다수의 연료 요소는 61 개의 연료 요소로 구성될 수 있다.
실시형태에 따르면, 프레임은 연료봉 다발을 둘러싸는 구조물을 포함할 수 있고, 모든 연료 요소가 구조물 내부에 배치된다. 구조물은 슈라우드(shroud)를 포함할 수 있다. 연료 집합체의 축 방향에 대해 수직인 단면에서 볼 때, 슈라우드는 실질적으로 원형 또는 12각형을 나타내는 단면을 형성할 수 있다. 연료 집합체의 축 방향에 대해 수직인 단면에서 볼 때, 연료 집합체는 연료 집합체를 둘러싸는 관의 내부 단면적의 대략 64% 초과, 더욱 상세하게는 대략 83% 초과하여 차지할 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 연료 집합체는 연료 집합체를 둘러싸는 관의 내부 단면적의 대략 83% 내지 대략 95%를 차지할 수 있다.
실시형태에 따르면, 연료 집합체는 2014년 이전에 실제 사용된 원자로 설계를 갖는 종래의 원자력 발전소의 종래의 지상용 원자로에서의 작동을 위해 열역학적으로 설계되고 물리적으로 형상화되며, 프레임은 상기 원자로를 위한 종래의 연료 집합체를 대신해서 지상용 원자로에 꼭 맞는 형상으로 구성된다. 예를 들어, 종래의 지상용 원자로는 CANDU 원자로일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 원자로는 노심 및 노심 내에 배치되는 하나 이상의 연료 집합체를 포함한다. 연료 집합체는, 노심 내에 끼워 지도록 형상화되고 구성된 프레임; 및 연료봉 다발 내에서 프레임에 의해 지지되는 나선형으로 뒤틀린 다수의 연료 요소를 포함하고, 각각의 연료 요소는 핵분열 물질을 포함한다. 연료 집합체의 축 방향에 대해 수직인 단면에서 볼 때, 연료봉 다발의 가장 외측의 연료 요소는 실질적으로 원형인 둘레를 형성할 수 있다. 실시형태에 따르면, 원자로는 압력관을 포함하는 CANDU 원자로이고, 프레임은 압력관 내에 꼭 맞는 형상으로 구성될 수 있다.
실시형태에 따르면, 다수의 연료 요소 각각은 실질적으로 동일한 외접 직경을 가질 수 있다. 다수의 연료 요소는 동심원으로 배열될 수 있고, 및/또는 다수의 연료 요소는 제 1의 직사각형 그리드 패턴 및 제 2의 삼각형 그리드 패턴을 포함하는 혼합된 그리드 패턴으로 배열될 수 있다. 제 1의 직사각형 그리드 패턴 및 제 2의 삼각형 그리드 패턴은 적어도 부분적으로 서로 교대할 수 있다
실시형태에 따르면, 상기 원자로는 2014 년 이전에 실제로 사용되었다.
실시형태에 따르면, 각각의 연료 요소는 나선형 리브(rib)를 포함하는 다중 로브(multi-lobed) 프로파일을 갖는다. 인접한 연료 요소의 리브들은 연료 요소들 간의 간격을 적어도 부분적으로 유지하기 위해 연료 요소의 축방향 길이에 걸쳐 주기적으로 서로 접촉할 수 있다. 실시형태에 따르면, 연료 요소는 압출(extruded) 연료 요소를 포함할 수 있다.
실시형태에 따르면, 연료 요소의 프레임은 연료봉 다발을 둘러싸는 구조물을 포함할 수 있고, 모든 연료 요소가 구조물 내부에 배치된다. 구조물은, 연료 집합체의 축 방향에 대해 수직인 단면에서 볼 때, 실질적으로 원형 또는 12각형을 나타내는 단면을 형성하는 슈라우드를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태의 이들 및 기타 양태뿐만 아니라, 구조물의 관련 요소의 운용 방법 및 기능, 그리고 부품 제조와 경제성의 조합은, 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부한 도면을 참조로 다음의 설명과 첨부된 청구 범위를 고려하여 더욱 명백해질 것이며, 여기서 동일한 참조 번호는 다양한 도면에서 해당 부품을 나타낸다. 본 발명의 일 실시형태에서, 본원에 도시된 구조 요소는 일정한 비율로 도시된다. 그러나 도면은 오직 실례와 설명을 목적으로 하며 본 발명을 한정하려는 것이 아니라는 것을 분명히 알 수 있을 것이다. 또한, 본원의 임의의 일 실시형태에 도시되고 설명된 구조적 특징은 또한 다른 실시형태에서 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 본 명세서 및 청구 범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥에서 달리 명확하게 지시하지 않는 한 복수의 대상을 포함한다.
본 발명의 실시형태뿐만 아니라 이들의 다른 특징들을 더욱 잘 이해하기 위해, 첨부한 도면과 함께 사용될 다음의 설명을 참조한다, 여기서:
도 1a는 정사각형 격자로 조립된 연료봉을 갖는 종래의 연료 집합체의 단순화된 단면도이다.
도 1b는 삼각형 격자로 조립된 연료봉을 갖는 종래의 연료 집합체의 단순화된 단면도이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 정사각형-삼각형 격자 내에 61 개의 연료봉으로 구성된 자체(self-spaced) 이격형 연료 집합체의 레이아웃의 단순화된 단면도이다.
도 3은 일 실시형태에 따른 정사각형-삼각형 격자 내에 19 개의 연료봉으로 구성된 자체 이격형 연료 집합체의 레이아웃의 단순화된 단면도이다.
도 4는 본원에서 초기 0° 위치로 지칭되는, 연료 집합체를 따르는 초기 기준 위치에서의 연료 집합체의 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 5는 도 4의 초기 0° 위치에 대해, 30° 연료봉 회전에서, 또는 연료봉 선회 피치의 1/12의 종방향 변위에서의 도 4의 연료 집합체의 단면도를 도시한다.
도 6은 도 4의 초기 0° 위치에 대해, 60° 연료봉 회전에서, 또는 연료봉 선회 피치의 1/6의 종방향 변위에서의 도 4의 연료 집합체의 단면도를 도시한다.
본원에 설명된 실시형태는 안전 수준을 유지 또는 증가시키면서 CANDU 연료 집합체 및/또는 원자로의 연료 연소력 및/또는 연소도(인출까지의 작동 시간)를 전반적으로 증가시킬 수 있다. 실시형태에 따르면, 이는, 예를 들어, 전체 내용이 본원에 참조로서 명시적으로 포함되는, 출원인의 동시 계류 중인 미국 출원 제 14/081,056호 및 제 13/695,792호에 개시된 압출 우라늄-지르코늄(U-Zr) 연료봉과 같이, 뒤틀리고 자체 이격된 일체식 연료봉으로 제조된 연료 집합체의 사용을 통해 달성될 수 있다.
CANDU 연료 집합체는 통상적으로 매우 짧은(예를 들어, 50 cm 정도) 연료봉을 이용한다. 본 발명의 실시형태는 CANDU 연료봉의 부분적으로 또는 완전히 자체 이격된 집합체를 제공한다. 예를 들어, 본원에 개시된 일부 연료 집합체는 이들 사이에서 모든 연료봉의 자체 간격(예를 들어, 리브 대 리브)을 제공한다. 그러나, 대안적인 실시형태는 비-자체 이격된 구성을 포함할 수 있다. 실시형태는 연료봉 다발의 전부 또는 일부를 둘러싸는 슈라우드, 또는 다른 채널 또는 장치(일반적으로 본원에서 "슈라우드"라 함)를 구비하는 프레임을 포함할 수 있으며, 선행 기술에서 가능한 것보다 더욱 양호하게 슈라우드 내의 이용 가능한 공간을 이용한다. 예를 들어, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 실시형태는 배열 내의 "정사각형-삼각형" 연료봉 그리드를 사용한다.
도 2는 자체 이격형 연료 집합체(100)의 실시형태의 단순화된 단면도이다. 연료 집합체는 정사각형-삼각형 격자 내에 61 개의 연료봉(102)을 포함할 수 있지만, 다른 구성도 가능할 수 있다. 도 2에 도시된 연료 집합체는 개량CANDU 원자로(Advanced CANDU Reactor, ACR) CANDU Flexible(CANFLEX) 43-요소 집합체와 동일하거나 유사한 엔벨로프를 가질 수 있다. 전형적인 CANFLEX 집합체는 각각 대략 13.5 mm의 외경을 갖는 43 개의 연료 요소를 갖는 반면, 도 2에 도시된 연료 집합체(100)는 각각 대략 11.5 mm의 외경을 갖는 61 개의 연료 요소(102)를 가질 수 있지만, 그 밖의 양 및 크기의 연료 요소도 고려된다.
도 2의 연료 집합체는, 예를 들어, 슈라우드(104)에 꼭 들어맞을 수 있다. 예를 들어, 슈라우드(104)는 12각형 형태의 단면을 가질 수 있지만, 다른 형상도 고려된다. 실시형태에 따르면, 연료 요소들(102)을 둘러싸는 원의 반경(R)은 51 mm 이하일 수 있다. 실시형태에 따르면, 슈라우드(104)의 내부 반경은 대략 51.7 mm일 수 있지만, 다른 실시형태도 가능하다. 슈라우드(104)는 12각형 형상을 가질 수 있고, 대략 100 mm(≤99.99 mm)의 평탄부를 가로 지르는 폭(h)을 가질 수 있다. 실시형태에 따르면, 61 개의 연료 요소들의 정사각형-삼각형 그리드는 외접원(예를 들어, 슈라우드(104) 또는 압력관) 면적의 대략 95.5%를 차지하는 외주를 형성한다. 도 3을 참조하면, 19 개의 연료봉(102)의 중앙 영역은 관에 거의 완벽하게 꼭 들어맞을 수 있다. 실시형태에 따르면, 중앙의 19 개 연료봉을 둘러싸는 원의 반경(R19)은 3.922 mm의 직경을 가질 수 있지만, 다른 치수도 가능하다.
도 2 및 도 3를 참조하면, 연료 요소는 서로 혼합된 제 1 및 제 2 격자 패턴 내에 배치되어 본원에서 "정사각형-삼각형 격자"라 지칭되는 것을 형성할 수 있다. 제 1 격자 패턴은 연료 요소의 공통 외접 직경("d")과 동일한, 행과 열 사이의 중심선간 거리를 갖는 똑바로 배열된 행과 열의 연료 요소를 포함한다(제 1 "정사각형" 그리드의 예에 대해서는 도 3의 참조 번호 106을 참조). 제 2 그리드 패턴은 정삼각형을 포함하며, 여기서 각각의 삼각형의 각각의 변의 길이(즉, 각각의 삼각형의 모서리를 형성하는 인접한 연료 요소 사이의 중심선간 거리)는 연료 요소의 공통 외접 직경("d")이다(제 2 "삼각형"그리드의 예에 대해서는 도 3의 참조 번호 108을 참조). 따라서, 제 2의 삼각형 격자 패턴(108)은 제 1의 사각형 격자 패턴(106)과는 다르다. 대안적인 실시형태에 따르면, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 추가적인 및/또는 대안적인 그리드 패턴(예를 들어, 직사각형 그리드 패턴, 아이소메트릭 그리드 패턴, 평행사변형 패턴, 그 밖의 규칙적인 반복 패턴)이 또한 사용될 수 있다. 실시형태에 따르면, 주어진 연료 요소(102)는 한 세트의 주변 연료 요소와 함께 정사각형 격자 패턴 내에 위치될 수 있고, 동시에 또 다른 세트의 주변 연료 요소와 함께 삼각형 격자 패턴 내에 위치될 수 있지만, 다른 구성도 가능하다.
계속 도 2 및 도 3를 참조하면, 정사각형(106) 및 삼각형(108) 격자 패턴은 하나 이상의 시각에서 볼 때 서로 교대할 수 있다. 예를 들어, 정사각형(106) 및 삼각형(108) 격자 패턴은 연료 집합체의 중심(110)으로부터 외부 둘레, 즉, 슈라우드(104)까지 임의의 주어진 반경을 따라 이동하며 서로 교대할 수 있다(그러나 반드시 일대일 기반은 아니다). 부가적으로 또는 대안적으로, 연료 요소(102)는 동심원으로 배열될 수 있고, 정사각형 및 삼각형 격자 패턴은 임의의 동심원 주위를 따라 이동하며 서로 교대할 수 있다(그러나 반드시 일대일 기반은 아니다).
상기한 바와 같이, 연료 요소는 자체 이격될 수 있다. 실시형태에 따르면, 자체 이격은 선택된 연료봉 형상과는 무관하게, 연료봉의 외접 직경의 인자일 수 있지만, 다른 구성도 가능하다. 특정 실시형태에 따르면, 연료봉(102)은 뒤틀린 리브(예를 들어, 리브, 사각형 등을 갖는 관)를 갖는 임의의 형상일 수 있다. 그러나, 원형 단면, 규칙적인 기하학적 단면 등과 같은 다른 형상도 가능할 수 있다.
도 4 내지 도 6은, 전체 내용이 본원에 참조로서 명시적으로 포함되는, 출원인의 동시 계류 중인 미국 출원 제 14/081,056호 및 제 13/695,792에 개시된 것들과 같이, 압출 우라늄-지르코늄(U-Zr) 연료봉과 같은, 4-로브(four-lobe) 연료봉(202)을 포함하는 연료 집합체(200)의 일 실시형태의 단면도를 도시하고 있다. 또 다른 양태에 따르면, 4-로브 디자인과 같은 특정 연료봉 형태가 다양한 원자로에 대해 표준화될 수 있다. 예를 들어, 4-로브 형태의 연료봉, 12±1 mm의 외접 직경 및 약간의 변경이 PWR 및 CANDU와 같은 다양한 원자로의 표준이 될 수 있다.
도 4는 본원에서 초기 0° 위치로 지칭되는, 초기 기준 위치에서의 연료 집합체(200)를 도시하고 있다. 초기 0° 위치는 연료봉(202)을 따라 임의의 지점에서 발생할 수 있고, 규칙적인 간격으로 발생할 수 있다. 도 5는 도 4에 대해, 연료봉의 로브(204)의 60° 회전 지점(예를 들어, 연료봉 선회 피치의 1/6의 종방향 변위)에서의 도 4의 연료 집합체(200)를 도시하고 있다. 도 5의 위치로부터 떨어진, 로브(204)의 90° 회전, 또는 연료봉 선회 피치의 1/4의 종방향 변위가 도 4에 도시된 0°의 임시 초기 위치를 복제한다. 도 4 내지 도 6에서, 8 개의 연료봉(202')은 다른 연료봉(202) 또는 슈라우드(206)와 접촉하지 않는 단면 내의 유일한 연료봉을 나타낸다. 도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 연료봉들 사이의 축방향 위치에서, 연료봉들 서로 간에 또는 슈라우드(206)와의 종방향 접촉이 없다. 따라서, 연료 집합체는 자체 이격되고 모든 연료봉은 집합체의 길이를 따라 자체 이격된다.
상기한 바와 같이, 연료봉은 본 출원인의 계류 중인 미국 출원 제 14/081,056호 및 제 13/695,792호에 개시된 4-로브 연료봉을 포함할 수 있다. 그러나, 대안적인 실시형태에 따르면, 상기한 연료 집합체 내의 4-로브 연료봉들은 표준 펠릿형 원통형 연료봉(우라늄 또는 토륨) 또는 가연성 독물을 함유한 연료봉(예를 들어, 가돌리늄(Gd), 에르븀(Er) 및/또는 디스프로슘(Dy))으로 대체될 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐서, "슈라우드"라는 용어는 연료봉 다발을 부분적으로 또는 완전히 둘러쌀 수 있는 다양한 디자인을 망라한다. 예를 들어, 실시형태에 따르면, "슈라우드"는 천공된 또는 슬릿을 갖는 고형 12각형 슈라우드일 수 있다. 대안적으로, "슈라우드"는 개별 밴드 또는 슈라우드 스트립을 포함하거나, 또는 원통형 쉘(예를 들어, 슬릿을 갖는 고형 또는 "투명한")에 덮일 수 있다. 또한, "슈라우드"라는 용어는 본 설명에 기초하여 본 기술 분야의 숙련자에게 자명한 그 밖의 유사한 구조 및 디자인을 포함할 수 있다.
상기한 실시형태는 본 발명의 구조적 및 기능적 원리를 설명하기 위해 제공되며 제한하려는 것은 아니다. 반대로, 본 발명의 원리는 다음의 청구범위의 사상과 범위 내에서 모든 변경, 변화 및/또는 대체를 망라하도록 의도된다.

Claims (33)

  1. 원자로의 노심에서 사용하기 위한 연료 집합체에 있어서, 상기 연료 집합체는,
    원자로 내부 노심 구조물에 끼워 지도록 형상화되고 구성된 프레임; 및
    연료봉 다발 내에서 상기 프레임에 의해 지지되는 나선형으로 뒤틀린 다수의 연료 요소를 포함하여 구성되고, 각각의 연료 요소는 핵분열 물질을 포함하고,
    연료 집합체의 축 방향에 대해 수직인 단면에서 볼 때, 연료봉 다발의 가장 외측의 연료 요소는 실질적으로 원형인 둘레를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임은 CANDU 원자로의 압력관(pressure tube) 내에 끼워 지도록 형상화되고 구성된 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 연료 요소 각각은 실질적으로 동일한 외접 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 연료 요소는 동심원으로 배열되는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 다수의 연료 요소는 제 1의 직사각형 그리드 패턴 및 제 2의 삼각형 그리드 패턴을 포함하는 혼합된 그리드 패턴으로 배열되는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1의 직사각형 그리드 패턴 및 제 2의 삼각형 그리드 패턴은 적어도 부분적으로 서로 교대하는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 연료 요소 중 일부는 공통 중심선간(centerline-to-centerline) 거리만큼 인접한 연료 요소로부터 분리되고, 및
    상기 다수의 연료 요소 중 일부의 외접 직경은 중심선간 거리와 같은 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 연료 요소는 리브(rib)를 포함하는 다중 로브(multi-lobed) 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 리브는 나선형 리브인 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    인접한 연료 요소의 리브들은 연료 요소들 간의 간격을 적어도 부분적으로 유지하기 위해 연료 요소의 축방향 길이에 걸쳐 주기적으로 서로 접촉하는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 연료 요소는 61 개의 연료 요소로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 요소는 압출(extruded) 연료 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임은 연료봉 다발을 둘러싸는 구조물을 포함하고, 모든 연료 요소가 구조물 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 구조물은 슈라우드(shroud)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    연료 집합체의 축 방향에 대해 수직인 단면에서 볼 때, 상기 슈라우드는 실질적으로 원형 또는 12각형을 나타내는 단면을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  16. 제 1 항에 있어서,
    연료 집합체의 축 방향에 대해 수직인 단면에서 볼 때, 상기 연료 집합체는 연료 집합체를 둘러싸는 관의 내부 단면적의 대략 64% 초과하여 차지하는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 연료 집합체는 연료 집합체를 둘러싸는 관의 내부 단면적의 대략 83% 초과하여 차지하는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 연료 집합체는 연료 집합체를 둘러싸는 관의 내부 단면적의 대략 83% 내지 대략 95% 를 차지하는 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 집합체는 2014년 이전에 실제 사용된 원자로 설계를 갖는 종래의 원자력 발전소의 종래의 지상용 원자로에서의 작동을 위해 열역학적으로 설계되고 물리적으로 형상화되며; 및
    상기 프레임은 상기 원자로를 위한 종래의 연료 집합체를 대신해서 지상용 원자로에 끼워 지도록 형상화되고 구성된 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 종래의 지상용 원자로는 CANDU 원자로인 것을 특징으로 하는 연료 집합체.
  21. 노심; 및
    상기 노심 내에 배치되는 하나 이상의 연료 집합체를 포함하는 원자로로서, 상기 연료 집합체는,
    상기 노심 내에 끼워 지도록 형상화되고 구성된 프레임; 및
    연료봉 다발 내에서 프레임에 의해 지지되는 나선형으로 뒤틀린 다수의 연료 요소를 포함하고, 각각의 연료 요소는 핵분열 물질을 포함하며,
    연료 집합체의 축 방향에 대해 수직인 단면에서 볼 때, 연료봉 다발의 가장 외측의 연료 요소는 실질적으로 원형인 둘레를 형성하는 것을 특징으로 하는 원자로.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 원자로는 압력관을 포함하는 CANDU 원자로이고, 상기 프레임은 압력관 내에 끼워 지도록 형상화되고 구성된 것을 특징으로 하는 원자로.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 다수의 연료 요소 각각은 실질적으로 동일한 외접 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 원자로.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 다수의 연료 요소는 동심원으로 배열되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 다수의 연료 요소는 제 1의 직사각형 그리드 패턴 및 제 2의 삼각형 그리드 패턴을 포함하는 혼합된 그리드 패턴으로 배열되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 원자로는 2014 년 이전에 실제로 사용된 것을 특징으로 하는 원자로.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1의 직사각형 그리드 패턴 및 제 2의 삼각형 그리드 패턴은 적어도 부분적으로 서로 교대하는 것을 특징으로 하는 원자로.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 각각의 연료 요소는 나선형 리브를 포함하는 다중 로브 프로파일을 갖는 특징으로 하는 원자로.
  29. 제 28 항에 있어서,
    인접한 연료 요소의 리브들은 연료 요소들 간의 간격을 적어도 부분적으로 유지하기 위해 연료 요소의 축방향 길이에 걸쳐 주기적으로 서로 접촉하는 것을 특징으로 하는 원자로.
  30. 제 21 항에 있어서,
    상기 연료 요소는 압출 연료 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로.
  31. 제 21 항에 있어서,
    상기 프레임은 연료봉 다발을 둘러싸는 구조물을 포함하고, 모든 연료 요소가 구조물 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  32. 제 21 항에 있어서,
    상기 구조물은 슈라우드를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로.
  33. 제 32 항에 있어서,
    연료 집합체의 축 방향에 대해 수직인 단면에서 볼 때, 상기 슈라우드는 실질적으로 원형 또는 12각형을 나타내는 단면을 형성하는 것을 특징으로 하는 원자로.
KR1020177010223A 2014-09-16 2015-09-16 핵연료 집합체 KR102452270B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020227034397A KR20220139449A (ko) 2014-09-16 2015-09-16 핵연료 집합체

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462050985P 2014-09-16 2014-09-16
US62/050,985 2014-09-16
PCT/US2015/050454 WO2016044439A1 (en) 2014-09-16 2015-09-16 Nuclear fuel assembly

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227034397A Division KR20220139449A (ko) 2014-09-16 2015-09-16 핵연료 집합체

Publications (3)

Publication Number Publication Date
KR20170071496A true KR20170071496A (ko) 2017-06-23
KR102452270B1 KR102452270B1 (ko) 2022-10-06
KR102452270B9 KR102452270B9 (ko) 2023-11-06

Family

ID=54838407

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227034397A KR20220139449A (ko) 2014-09-16 2015-09-16 핵연료 집합체
KR1020177010223A KR102452270B1 (ko) 2014-09-16 2015-09-16 핵연료 집합체

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227034397A KR20220139449A (ko) 2014-09-16 2015-09-16 핵연료 집합체

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP3195324B1 (ko)
JP (2) JP6718864B2 (ko)
KR (2) KR20220139449A (ko)
CN (2) CN106716546B (ko)
AU (2) AU2015317816B2 (ko)
CA (1) CA2960383A1 (ko)
EA (2) EA033959B1 (ko)
ES (1) ES2788998T3 (ko)
HU (1) HUE049821T2 (ko)
WO (1) WO2016044439A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111613350B (zh) * 2020-06-04 2022-02-11 中国核动力研究设计院 一种可增强燃料元件间导热的压水堆燃料组件
KR20240021174A (ko) 2021-05-11 2024-02-16 클린 코어 토륨 에너지 엘엘씨 가압중수로를 위한 토륨 기반 연료 설계

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3361640A (en) * 1965-05-19 1968-01-02 Commissariat Energie Atomique Nuclear reactor fuel assembly
JP2013526709A (ja) * 2010-05-11 2013-06-24 トリウム・パワー、インク 燃料アッセンブリ

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB909637A (en) * 1958-12-10 1962-10-31 Rolls Royce Improvements in or relating to nuclear reactors
GB1232811A (ko) * 1968-01-19 1971-05-19
JPS5340187A (en) * 1976-09-24 1978-04-12 Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp Fuel assembly of reactor
GB1528267A (en) * 1976-11-19 1978-10-11 Iner Aec Fuel bundles in heavy water and light water nuclear reactors
JPS61181993A (ja) * 1985-02-08 1986-08-14 株式会社日立製作所 圧力管型原子炉用燃料集合体
JP2626961B2 (ja) * 1993-03-30 1997-07-02 原子燃料工業株式会社 燃料集合体用の円状のスペーサ
US5737375A (en) * 1994-08-16 1998-04-07 Radkowsky Thorium Power Corporation Seed-blanket reactors
US6434209B1 (en) * 1999-09-27 2002-08-13 Atomic Energy Of Canada Limited/Energie Critical power enhancement system for a pressurized fuel channel type nuclear reactor using alignment of fuel bundle pairs
US20080144762A1 (en) * 2005-03-04 2008-06-19 Holden Charles S Non Proliferating Thorium Nuclear Fuel Inert Metal Matrix Alloys for Fast Spectrum and Thermal Spectrum Thorium Converter Reactors
CA2710432C (en) * 2007-12-26 2016-04-26 Thorium Power, Inc. Nuclear reactor, fuel assembly consisting of driver-breeding modules for a nuclear reactor and a fuel cell for a fuel assembly
US8116423B2 (en) * 2007-12-26 2012-02-14 Thorium Power, Inc. Nuclear reactor (alternatives), fuel assembly of seed-blanket subassemblies for nuclear reactor (alternatives), and fuel element for fuel assembly
CN103971758B (zh) * 2007-12-26 2017-06-23 钍能源股份有限公司 用于燃料组件的燃料元件
FR2951312B1 (fr) * 2009-10-08 2011-12-09 Commissariat Energie Atomique Corps d'assemblage de combustible nucleaire et un assemblage de combustible nucleaire comportant un tel corps
EP2339589A1 (en) * 2009-12-25 2011-06-29 Global Nuclear Fuel-Japan Co., Ltd. Fuel assembly
CN103390434B (zh) * 2013-07-04 2015-11-25 西安交通大学 一种新型细棒稠密栅格核反应堆堆芯

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3361640A (en) * 1965-05-19 1968-01-02 Commissariat Energie Atomique Nuclear reactor fuel assembly
JP2013526709A (ja) * 2010-05-11 2013-06-24 トリウム・パワー、インク 燃料アッセンブリ

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016044439A1 (en) 2016-03-24
CN106716546A (zh) 2017-05-24
JP6951026B2 (ja) 2021-10-20
KR102452270B9 (ko) 2023-11-06
CA2960383A1 (en) 2016-03-24
EA201991956A1 (ru) 2020-01-22
EP3195324A1 (en) 2017-07-26
JP2017531175A (ja) 2017-10-19
AU2015317816A1 (en) 2017-03-30
EP3195324B1 (en) 2020-02-19
JP6718864B2 (ja) 2020-07-15
HUE049821T2 (hu) 2020-10-28
KR102452270B1 (ko) 2022-10-06
AU2020210198B2 (en) 2021-09-30
KR20220139449A (ko) 2022-10-14
JP2020144152A (ja) 2020-09-10
ES2788998T3 (es) 2020-10-23
CN106716546B (zh) 2019-04-02
CN110085331A (zh) 2019-08-02
EA033959B1 (ru) 2019-12-13
AU2015317816B2 (en) 2020-05-14
AU2020210198A1 (en) 2020-08-20
EA201790621A1 (ru) 2017-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11195629B2 (en) Fuel assembly
ES2715529T3 (es) Un elemento combustible y un método para fabricar un elemento combustible para un conjunto combustible de un reactor nuclear
KR102242385B1 (ko) 연료 집합체
AU2020210198B2 (en) Nuclear Fuel Assembly
RU2569494C2 (ru) Оптимизированные в форме цветка трубы и оптимизированные улучшенные конфигурации решетки
EP2071579A3 (en) Fuel bundle assembly with reduced risk of damage
RU2473989C1 (ru) Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
TW201312589A (zh) 燃料棒間具有不同間距的核燃料組件
US8358733B2 (en) Helically fluted tubular fuel rod support
RU2267175C2 (ru) Тепловыделяющий элемент для исследовательских реакторов и тепловыделяющая сборка на его основе (варианты)
RU2610913C1 (ru) Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
EA040419B1 (ru) Тепловыделяющая сборка
RU2647707C1 (ru) Тепловыделяющая сборка ядерного реактора и способ ее изготовления
EP2750136B1 (en) Fuel assembly
RU38421U1 (ru) Твэл для исследовательских реакторов и тепловыделяющая сборка (варианты) на его основе
JP2009068900A (ja) 沸騰水型原子炉用燃料集合体
JP4885266B2 (ja) 燃料集合体
JP2010133985A (ja) 核燃料集合体
JP2010019806A (ja) 加圧水型原子炉およびそれに用いる燃料集合体
JP2010133986A (ja) 核燃料集合体

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
A107 Divisional application of patent
GRNT Written decision to grant
Z072 Maintenance of patent after cancellation proceedings: certified copy of decision transmitted [new post grant opposition system as of 20170301]
Z131 Decision taken on request for patent cancellation [new post grant opposition system as of 20170301]